CN112792448B - 提高动力电池极耳焊接可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，包括如下步骤：首先，确定卷芯对卷芯的间距设计参数，其次，根据所述间距设计参数，调整转接片相对于所述卷芯的安装位置，最后，根据所述安装位置调整隔膜包覆负极片的外伸量，采用超声波焊连接转接片和极耳。本发明通过调整转接片与卷芯的相对高度，避免了外侧极耳的冗余以及内侧极耳的拉扯；通过控制超声波焊接时两极耳的间距，在超声波焊接焊印间距固定的条件下，保护片外侧到极耳根部的距离减短，可以减小合芯时外侧极耳的冗余，通过控制卷绕时卷芯隔膜与负极片的外伸量保证卷芯顶部隔膜有效包覆负极片，操作简单，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及新能源动力电池技术领域，具体地，涉及一种提高动力电池极耳焊接可靠性的方法。
背景技术
目前锂电池卷芯的组装多采用超声波蝴蝶焊接工艺，两支卷芯的极耳相对，在正、负极耳的下方分别放置一块转接片，然后再在正、负极耳的上方分别放置一块保护片，最后利用超声波焊接机分别将转接片、极耳、保护片焊接在一起。转接片作用是连接极耳与盖板，转接片与盖板通过激光焊接连接在一起。极耳作为集流体传导电流，保护片作用是保护极耳防止超声波焊接时焊裂极耳。
在锂离子电池的生产过程中，传统的设计方案通常为超声波焊接工序转接片位于极耳的中部呈现上下对称状态设计，如图2所示，该种设计方案在转接片激光焊接后的合芯动作时会导致合芯外侧极耳冗余量较多而内侧极耳长度较短呈现拉扯状态，容易导致合芯后外侧正极极耳下压接触负极片从而导致短路现象，该现象也称之为极耳下沉，影响产品品质。同时，超声波焊接工序的左右卷芯间距设计不合理也会加剧极耳下沉现象。基于以上现象，现有技术中一直未能提出有效的解决手段，有必要研究新的设计方案用来规避传统设计的缺陷导致的正极片压触负极片造成的短路现象，从而保证电池的品质。
专利文献CN109860449A公开了一种电池盖板及盖板焊接工装、电池制备方法。上述电池盖板包括：盖体，设置有正极、负极端子；正极导电件，用于连接正极端子与电芯的正极极耳，一端固定焊接于正极端子的底部；负极导电件，用于连接负极端子与电芯的负极极耳，一端固定焊接于负极端子的底部；其中，正极端子和/或负极端子与盖体之间设置有绝缘件。上述盖板焊接工装用于将上述的电池盖板与电芯进行焊接，包括第一电芯固定件、第二电芯固定件和盖板承载件，但该设计仍没有提出解决极耳下沉的有效方案。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高动力电池极耳焊接可靠性的方法。
根据本发明提供的一种提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，包括如下步骤：
S1：确定卷芯对卷芯的间距设计参数；
S2：根据所述间距设计参数，调整转接片相对于所述卷芯的安装位置；
S3：根据所述安装位置调整隔膜包覆负极片的外伸量，采用超声波焊连接转接片和极耳。
优选地，所述间距设计参数包括卷芯与卷芯合芯前间距、盖板宽度以及卷芯与盖板的间距，
其中，L1表示卷芯与卷芯合芯前间距，L2表示盖板宽度，采用盖板与两侧卷芯的间距都为a，L3＝2a，则，L1＝L2+L3。
优选地，所述转接片采用偏心布置。
优选地，定义转接片偏离卷芯轴心方向的距离为h、单卷芯厚度t、单卷芯极耳厚度t/2，则转接片的安装位置为h＝t/2。
优选地，所述转接片的安装位置能够在0-t/2之间调整。
优选地，所述隔膜包覆负极片的外伸量定义为S，顶部隔膜包覆负极片的外伸量为S1，底部隔膜包覆负极片的外伸量S2，则S＝S1+S2，在保证底部隔膜包覆负极片制程能力范围内，S1取最大值。
优选地，超声波焊焊印的宽度通过增加或减少极耳长度的方式进行调整。
优选地，所述超声波焊焊印的宽度能够根据不同的卷芯类型进行设定用以匹配不同电池极耳的焊接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过调整转接片与左右卷芯的相对位置来控制合芯后外侧的极耳冗余量，通过控制超声波焊接两极耳的间距和卷绕时卷芯隔膜与负极片之间尺寸的偏差，用来规避转接片激光焊接合芯后外侧极耳冗余量多导致的短路问题，与现有技术相比，通过调整转接片与卷芯的相对高度后，合芯后极耳外侧长度会减短，合芯内侧极耳会相对加长，避免了外侧极耳的冗余以及内侧极耳的拉扯。
2、本发明通过控制超声波焊接时两极耳的间距，在超声波焊接焊印间距固定的条件下，保护片外侧到极耳根部的距离减短，可以减小合芯时外侧极耳的冗余。
3、本发明通过控制卷绕时卷芯隔膜与负极片的尺寸偏差能够保证卷芯顶部隔膜有效包覆负极片，即保证足够长的隔膜防护防止冗余的正极片接触到负极片，提高了实用性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明偏心焊示意图；
图2为传统超声波焊接设计图；
图3为本发明两极耳间距示意图；
图4为本发明隔膜包覆负极片的外伸量的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，包括如下步骤：
S1：确定卷芯对卷芯的间距设计参数；
S2：根据所述间距设计参数，调整转接片相对于所述卷芯的安装位置；
S3：根据所述安装位置调整隔膜包覆负极片的外伸量，采用超声波焊接。
本发明目的是解决动力电池转接片焊接合芯后正极极耳冗余压触负极片造成的短路问题。通过从设计角度改进超声波焊接工序卷芯与卷芯相对间距，卷芯、转接片相对位置，卷绕工序隔膜与负极片的外伸量(外伸量是指隔膜超出负极片的长度或宽度)，使得转接片焊接合芯后正极极耳冗余量减少，压触时正极耳无法接触负极片，保证了动力电池的安全。
进一步地，所述间距设计参数包括卷芯与卷芯合芯前间距、盖板宽度以及卷芯与盖板的间距，其中，如图3所示，L1表示卷芯与卷芯合芯前间距，L2表示盖板宽度，a表示卷芯与盖板的间距，L3＝2a，则，L1＝L2+L3，此时外侧极耳达理论最小值且转接片焊接工序不会发生干涉。具体地，在其他关键尺寸不变的条件下，卷芯距顶盖间距L3越小，超声波焊焊印到卷芯隔膜间距越小，合芯后正极极耳冗余量越小；但L3过小会导致转接片焊接卷芯与盖板干涉，有扯断极耳风险，因此L3的取值非常关键。
具体地，当转接片居于两个卷芯轴心方向时，定义为偏心程度为0，即未采用偏心焊接。定义单卷芯厚度t、单卷芯极耳厚度t/2、极耳高度h1、转接片宽度b、超声波焊焊印宽度c、隔离膜包正极片的外伸量d，如图2、图4所示，转接片偏离卷芯轴心方向的距离为h，此时合芯外侧极耳冗余量即减少h，转接片朝合芯外侧方向偏移距离存在一个最大值hmax，当转接片与合芯外侧卷芯最底部一片极耳平齐时，偏心距离达到最大值，即转接片的安装位置为h＝t/2，此时理论上合芯后外侧极耳冗余量会达到最小值。
需要注意的是，受限于极耳高度的设计，偏心距离达到最大值，合芯内侧的极耳到超声波焊焊印距离会加长，如果极耳高度长度不足，会导致有效焊印面积不足，影响产品的过流能力，导致电池温升高。
基于以上现象，超声波焊接偏心高度h在0和hmax之间的最优选择为保证合芯内侧极耳能够保持完整超声波焊焊印条件下的偏心高度h＝h1-d-t/2-(L1-b)/2-c；此处hmax＝t/2，在一个优选例中，所述转接片的安装位置能够根据生产的实际进行微量调整，即在0～t/2合理取值，越接近t/2，外侧极耳冗余量会越小。
如图4所示，所述隔膜包覆负极片的外伸量定义为S，顶部隔膜包覆负极片的外伸量为S1，底部隔膜包覆负极片距离S2，则S＝S1+S2。S1越大隔膜包覆负极片越多，但会导致底部隔膜包覆负极片水平S2越低；底部隔膜包覆负极片的外伸量S2受限于制程能力，即S2越小，在制程能力极限条件下包覆不良会提高，基于以上，S2的控制水平设计按照卷绕机台的实际最大能力控制，此时卷绕的合格率能得以保证的同时，可保证S1的值达到最大，即顶部隔膜包覆负极片效果越好。
本发明中的方法采用相对布置的多个或多组卷芯以及转接片，所述转接片的两端分别连接相对布置的两个卷芯上的电极，所述转接片偏离卷芯的轴心方向布置且偏离方向朝向合芯外侧，如图1所示，在一个优选例中，所述转接片的两端距离两侧卷芯的距离相等。
上面对本申请的基本实施例进行了说明，下面结合基本实施例的优选例和/或变化例，对本申请进行更为具体的说明。
如图1所示，为传统锂离子电池超声波焊接工艺的结构示意图，图2为采用偏心焊接方式的结构示意图；
如图3为极耳间距示意图，具体地，L1为卷芯与卷芯合芯前间距，L2为盖板宽度77.8mm，L3为卷芯距离顶盖距离，该方案通过定义L1、L2、L3三者之间的关心来控制合芯后外侧极耳的冗余量；在其余夹具关键尺寸不变的前提下，两极耳间距越大即L1越大，极耳冗余量越多，两极耳间距越小即L1越小，极耳冗余量越小，但过小会导致转接片焊接工序顶盖与极耳顶部干涉，因此基于转接片工序夹具定位公差a＝±1mm，定义两极耳间距L1＝77.8+2＝79.8mm；在该状态下合芯外侧极耳冗余量达到最小值且盖板与卷芯不会发生干涉情况。
具体地，采用图2偏心焊接方式对卷芯极耳、转接片、保护片进行超声波焊接后，沿着图示合芯方向对卷芯进行合芯动作后，合芯外侧极耳的冗余量相对图1传统设计方案会进一步减小，减小量与偏心高度直接相关；与此同时，合芯内侧的极耳相对加长后可以缓解合芯动作后内侧极耳的拉扯状态。
具体地，图2偏心焊接的焊接高度设计量根据实际极耳高度可调整，设计原则为在保证合芯内侧卷芯的极耳能够完全落在超声波焊焊印内，防止因超声波焊焊印面积不足而导致的过流能力不足情况。同时，偏心高度应不超过合芯外侧最底层一片极耳的高度。
在一个具体的实施例中，极耳高度30.5mm，卷芯厚度17.8mm，两极耳间距79.8mm，转接片宽度53mm，超声波焊焊印宽度6mm，此处在偏心高度h＝31.5-5-17/2-(79.8-60)/2-5＝3.1mm时，可保证合芯内侧卷芯极耳超声波焊焊印完整，此时合芯外侧极耳冗余量减少3.1mm。结合实际生产情况可有效控制合芯外侧极耳冗余导致的短路现象。
如图4为卷绕外伸量控制示意图，具体地，在隔膜、负极片、正极片的卷绕过程中，通常为隔膜包覆负极片，负极片包覆正极片；通过控制在顶部的隔膜与负极片外伸量(通常在不影响底部隔膜包覆负极的情况下)越大越好，顶部的隔膜会对负极片起到保护作用，即便合芯后顶部有冗余的正极片，也无法穿越隔膜与负极片接触短路。
进一步地，在一个优选例中，隔膜宽度94mm，负极片宽度89mm，即隔膜包负极片尺寸S＝5mm，卷绕机底部外伸量控制水平S2＝1.8mm，此时顶部隔膜包覆负极片外伸量水平S2＝S-S1＝5-1.8＝3.2mm。
通过以上的调整，使得转接片焊接合芯后外侧极耳冗余量减到最小且顶部隔膜包覆负极片能力达到最大，保证了极耳的安全性。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：确定卷芯对卷芯的间距设计参数；
S2：根据所述间距设计参数，调整转接片相对于所述卷芯的安装位置；
S3：根据所述安装位置调整隔膜包覆负极片的外伸量，采用超声波焊连接转接片和极耳；
所述转接片采用偏心布置；
所述间距设计参数包括卷芯与卷芯合芯前间距、盖板宽度以及卷芯与盖板的间距，
其中，L1表示卷芯与卷芯合芯前间距，L2表示盖板宽度，盖板与两侧卷芯的间距都为a，L3＝2a，则，L1＝L2+L3。
2.根据权利要求1所述的提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，其特征在于，
定义转接片偏离卷芯轴心方向的距离为h、单卷芯厚度t、单卷芯极耳厚度t/2，则转接片的安装位置为h＝t/2。
3.根据权利要求2所述的提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，其特征在于，所述转接片的安装位置能够在0-t/2之间调整。
4.根据权利要求2所述的提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，其特征在于，所述隔膜包覆负极片的外伸量定义为S，顶部隔膜包覆负极片的外伸量为S1，底部隔膜包覆负极片的外伸量S2，则S＝S1+S2，在保证底部隔膜包覆负极片制程能力范围内，S1取最大值。
5.根据权利要求1所述的提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，其特征在于，超声波焊焊印的宽度通过增加或减少极耳长度的方式进行调整。
6.根据权利要求5所述的提高动力电池极耳焊接可靠性的方法，其特征在于，所述超声波焊焊印的宽度能够根据不同的卷芯类型进行设定用以匹配不同电池极耳的焊接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room A205, building C, No. 205, Binhai 6th Road, Jinhai 2nd Road, airport new area, Longwan District, Wenzhou City, Zhejiang Province Applicant after: REPT BATTERO Energy Co., Ltd. Applicant after: SHANGHAI RUIPU ENERGY Co.,Ltd. Address before: 325000 room A205, building C, 205 Binhai 6th Road, Jinhai 2nd Road, Airport New District, Longwan District, Wenzhou City, Zhejiang Province Applicant before: RUIPU ENERGY Co.,Ltd. Applicant before: SHANGHAI RUIPU ENERGY Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |